应用MoldWizard的洗衣机面板模具设计
MoldWizard是UG软件用于注塑模具自动化设计的专业应用模块,运用知识嵌入的基本理念，只需根据产品的三维实体造型( Solid) ，按照模具设计的流程建立一套与产品造型参数相关的三维实体模具。它可以指导模具的设计过程，应用模具向导技术一般能够将生产力提高1～10倍乃至更多。MoldWizard提供给用户一个逻辑过程,指导用户一步步地完成模型设计。在这个优化的环境中提供了很多自动化的功能:如数据的读入和零件建模、家族模具、缩放控制、自动的模腔布局、分模功能、模架工具和库及标准件工具和库。分别对应于MoldWizard 工具条中的各个图标,并且图标的排列顺序与实际的模具设计过程相似。
模具的三维设计是依据模具加工工艺和产品的三维模型,通过分模,获得模具的型腔、型芯、滑块、镶块等,并与模架和其他零件进行装配,最后制成模具。在注塑模具三维设计中,其关键技术是分模。完成了分模，就需要进行模架的选用和加加载标准件，包括定位圈，浇口套、浇道，冷却管道，顶杆等。本文以ABS材料的洗衣机面板为例进行分析。
一、材料特性及结构特性分析
本零件源于工厂的实际产品中，ABS塑料为通用的热塑性塑料，成型性能较好，流动性好；成型收缩率较小一般为（0.3～0.8）；比热容较低，密度为1.03～1.07g/cm3，在料筒中塑化效率高，成型周期短，缺点是吸水性较大，因此，成型前必须充分干燥。塑件尺寸较大，外部结构较为复杂，除了外形不规则外，塑件上没有侧孔或侧凹，塑件内部也没有倒扣，因此不需要安排侧向抽芯机构和斜顶机构，其它结构设计特征要符合塑件的设计要求
二、制定工艺方案
1．产品质量：
根据塑件的形状在UG中可得到单件产品的体积，ABS的密度取1.05g/cm3，可计算产品质量：m＝密度×体积
2．分型面的确定
如何确定分型面，需要考虑的因素比较复杂。由于分型面受到塑件在模具中的成型位置、浇注系统设计、塑件的结构工艺性及精度、嵌件位置形状以及推出方法、模具的制造、排气、操作工艺等多种因素的影响，因此在选择分型面时应综合分析比较，从几种方案中优选出较为合理的方案。本例采用与注塑机开模方向垂直的平面分型面，沿着零件的边缘作分型面。我们采用通过UG的MoldWizard自动分模。
3．模具型腔、型芯及其工作部位尺寸的确定：
ABS的收缩率取为0.5％，因此在UG中，将零件尺寸放大1.005倍后，用一毛坯将零件包在其中然后沿分型面分模，即可得到模具初步的型腔和型芯尺寸。
将型芯型腔部分做成两个镶块单独加工，然后在将镶块固定在模板上，这样既节省模具钢和又方便了加工。为便于安装和分模，根据零件尺寸，镶块四边长度和厚度方向比零件尺寸大40～50mm，厚度比零件总高度大45mm，然后再将镶块从中间一分为二。模具的前模部分应包含型芯镶块组成的型腔部分，根据经验，为了满足强度和安装要求，型腔的侧壁厚度应比型腔大70～90mm，高度方向的壁厚大于50mm，因此前模宽度取200mm，长度750mm，厚度取120mm。这样模具的前模和后模部分组成的长方体可确定为700mm×200mm×240mm。根据以上计算将此长方体分模并经过修改后，建立的型芯、型腔镶块部分如下图所示。
三、浇注系统设计
1．主流道设计
主流道是一端与注射机喷嘴相接触，另一端与分流道相连的一段带有锥度的流动通道。主流道小端尺寸为3.5～4mm。
2．浇口套设计
主流道小端入口处与注射机喷嘴反复接触，属易损件，对材料要求较严，因而模具主流道部分常设计成可拆卸更换的浇口套，以便有效的选用优质钢材单独进行加工和热处理。浇口套都是标准件，浇口套规格Φ12，Φ16，Φ20等几种。由于注射机的喷嘴半径为20，所以浇口套的为R21。用定位圈配合固定在模具的面板上。定位圈也是标准件，外径为Φ120mm，内径Φ35mm。
3．分流道及浇口设计
（1）主分流道。该塑件尺寸较大，应设置分流道，分流道是指主流道末端与浇口之间这一段塑料熔体的流动通道。它是浇注系统中熔融状态的塑料由主流道流入型腔前，通过截面积的变化及流向变换以获得平稳流态的过渡段。因此分流道设计应满足良好的压力传递和保持理想的充填状态，并在流动过程中压力损失尽可能小，能将塑料熔体均衡地分配到各个型腔。工程设计中常采用梯形，因为截面加工工艺性好，且塑料熔体的热量散失流动阻力均不大。梯形的侧面斜角a常取50～150，这里取100。梯形大底边宽度取10mm，高度为7mm。另外由于使用了水口板，分流道必须做成梯形截面，便于分流道和主流道凝料脱模。分流道要尽可能短，且弯折要少，便于注射成型过程中最经济地使用原料和注射机的能耗，减少压力损失和热量损失。在这里考虑注塑机的浇口和塑件中心不一致，因此，将分流道设计成直的总长60mm。
（2）副分流道设计
竖直方向上的副分流道为有锥度的流道，其锥度为单边20，其最顶部直径为φ3mm，这些都是根据经验取值，然后根据模具上模长度确定其总长度。
（3）水平方向上副分流道以及浇口的设计
水平方向上，为提高熔体的流动性，副分流道设为U型。考虑到塑件表面质量的要求，本模具中采用侧浇口的形式。侧浇口又称边缘浇口，国外称之为标准浇口。侧浇口一般开设在分型面上，塑料熔体于型腔的侧面充模，其截面形状多为矩形狭缝，调整其截面的厚度和宽度可以调节熔体充模时的剪切速率及浇口封闭时间。这种浇口加工容易，修整方便，并且可以根据塑件的形状特征灵活地选择进料位置，因此它是广泛使用的一种浇口形式。
（4）浇口位置的选择
模具设计时，浇口的位置及尺寸要求比较严格，初步试模后还需进一步修改浇口尺寸，无论采用何种浇口，其开设位置对塑件成型性能及质量影响很大，因此合理选择浇口的开设位置是提高质量的重要环节，同时浇口位置的不同还影响模具结构。总之要使塑件具有良好的性能与外表，一定要认真考虑浇口位置的选择，根据本产品的结构特征，可根据MoldFlow来计算出浇口的最佳位置。
4．冷料井的设计
在完成一次注射循环时，考虑到注射机喷嘴和主流道入口这一小段熔体因辐射散热而低于所要求的塑料熔体的温度，从喷嘴端部到注射机料筒以内约10－25mm的深度有个温度逐渐升高的区域，这时才达到正常的塑料熔体温度。位于这一区域内的塑料的流动性能及成型性能不佳，如果这里温度相对较低的冷料进入型腔，便会产生次品。为克服这一现象的影响，用一个井穴将主流道延长以接收冷料，防止冷料进入浇注系统的流道和型腔，把这一用来容纳注射间隔所产生的冷料的井穴称为冷料井。本模具中靠将分流道顺向延长一段距离就行实现这个功能。
四、模架选用与加载标准件
根据所设计件的大小和浇注系统的设计，需要对塑件进行分段脱模，即主浇道首先被拉断，进行一次开模，接着继续开模。塑件被顶杆顶出，因此需要采用动模为三瓣的模具，我们采用大水口系统的8080模架
由于塑件尺寸较大，在塑件下方均匀布置10根顶杆，这样才能使塑件顺利脱出。选择标准件为导柱导套、六角螺钉（动模板和水口板之间）然后即可在软件上进行模具总装。
五、注塑机校核
注射机型号是海天HTF450，使用前首先进行对注塑机各参数进行校核。
(1)注射量校核
根据计算得到产品质量为：m1＝ ＝1.05×263.3=276.465g.浇注系统的分流道体积在UG中自动算出为：
V1＝7744.1＋1494.7＋1195.7＝10437.5mm3≈10.4cm3
主流道体积：V2≈2531.2mm3≈2.5cm3
则浇注系统的总质量为：m2＝ （V1＋V2）＝1.05×（10.4＋2.5）＝13.5g
总质量为 M= m1+m2=276.465+13.5=289.965g
（2）注射压力校核
ABS的注射压力为为70～90MPa ，满足P注 P成型
（3）锁模力校核
以往的锁模力采用理论计算的方法进行校核，本次设计，通过Moldflow模拟出的最大锁模力来进行校核。计算出的锁模力250tonne=2500KN﹤4500KN，满足条件。
（4）注塑机最大开模行程S校核
本模具采用双分型面结构， ＋ ＋a≈73＋67＋10＝150mm，所以满足 条件。
5）最大最小模厚校核
由于零件侧壁高度较大，要使零件脱离型芯，模具中推杆的行程大约为50mm，取推板厚度为20mm，底板厚度为25mm，因此模具后模下的方块厚度取为：
h3＝100mm；
又取上模板厚度：h1＝100mm；
水口板厚度：h2＝35mm；
下模板厚度：h4＝30mm；
前模和后模高度：h0＝120；
因此模具的总厚度为：H＝h1＋h2＋h3＋h4＋2h0＝455mm。
330mm≤H≤780mm，满足条件。
六、冷却系统设计
为了获得良好的塑件质量，模具在工作中应维持适当而且均一的温度，由于制件平均壁厚为2mm，可见尺寸较小，而且注塑模是持续工作的，并受人为因素影响较多，所以无需很精确计算，应根据型腔具体几何形状安排冷却水道。
(1)水道孔径：确定水孔直径为10mm。
(2)水孔位置：水孔间距离不可太近，但亦不可太远，一般取2d(d为冷却水道孔径)，水孔位置距离型腔表面不可太近，圆形水道距离型腔表面一般为距离 =5mm，应根据实际情况确定。
(3)水道布置方式：根据模具结构，动模、定模、上模板上冷却水道布置方式为内循环。
在实际生产中，应根据注塑工艺，通过调节水道，水速来满足要求。冷却管道在塑件上方25mm处，管道之间的距离时30 mm。
通过模拟结果分析出来的气穴分布在分型面附近，气体容易排出，因此本次模具设计不需要设计排气系统。
本文在模具设计时，既考虑了塑料熔体流动行为，冷却行为等塑料加工工艺方面的问题，又考虑了模具制造装配等结构方面的问题。并且借助模具设计专用软件UG 中的注塑模具设计MoldWizard模快进行三维模具设计，使所设计的模具更加直观，便于在工厂中的加工。通过计算机辅助设计，充分论证和优化了模具结构。
